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精准医疗背景下，人工智能创新研究的八大方向

09月10日

来源：智能肿瘤学

导读： 总部位于英国的人工智能公司Exscientia正在测试一种新的患者-药物匹配技术，这项技术考虑个体差异并给他们配对所需的精确药物。人工智能通过预测潜在药物在体内的行为方式来选择具有潜力的药物，排除了那些可能失败的化合物，使得药物发现和测试更快，更便宜。那么，从疾病预防到个性化治疗，AI在精准医疗中是如何应用的？我们又应该如何确保AI技术在医疗保健领域的可持续发展？

研究要点：

1. 人工智能在精准医疗、药物发现和开发、临床试验、癌症诊断、癌症治疗方面具有强大的应用潜力。

2. 可以通过开源工具和云计算平台等，解决成本、实施和数据注释障碍，采取共享合作、投资基础设施等措施来帮助推动AI在医疗领域的可持续发展。

3. 人工智能的创新研究方向集中在深度学习和药物发现、数据集成、实时监控和预测等方面。

本期解读《⼈⼯智能在精准医疗中的困境与未来机遇》，了解AI在精准医疗中的巨大潜力，面临的挑战以及推动其发展的策略。

AI的应用

1. AI在精准医疗中的应用

疾病预防: AI有助于通过分析遗传和生活方式数据来预测疾病风险，实现早期预防。

早期诊断：利用AI分析医学影像和临床数据，提高疾病早期发现的可能性。

治疗计划定制: 结合患者的具体情况，AI可以帮助设计个性化的治疗计划，提高治疗效果。

2. AI在药物发现和开发中的应用

药物筛选：AI能够快速筛选大量化合物，识别潜在的药物候选分子。

药物设计：利用深度学习模型，AI可以设计具有理想药代动力学和药效学特性的新分子。

临床试验优化: AI有助于优化临床试验设计，提高试验效率和患者招募的准确性。

3. AI在临床试验中的应用

患者分层: AI可以分析患者数据，帮助在临床试验中对患者进行有效分层。

结果预测: 通过分析临床数据，AI能够预测临床试验结果和患者反应。

数据管理: AI系统可以管理临床试验中的大量数据，确保数据质量和完整性。

4. AI在癌症诊断中的应用

提高诊断准确性：AI技术，尤其是深度学习算法，在图像识别方面展现出了巨大的潜力，能够辅助医生在癌症诊断中做出更准确的判断。

减少漏诊：AI在检测癌前病变，如结肠息肉方面，能够显著减少传统方法的漏诊率。

AI在癌症诊断中的应用的障碍因素众多，包括数据质量、算法偏见、数据隐私、特定领域的考虑、用户接受度、模型迭代更新等。

5. AI在癌症治疗的应用

个性化治疗计划：AI能够分析患者的肿瘤特征、基因组数据和医疗历史，帮助医生为每位患者定制个性化的治疗计划。

药物匹配：AI技术可以辅助匹配患者与最可能有效的药物，包括为特定基因突变或肿瘤特征选择合适的靶向治疗。

治疗反应预测：AI模型可以预测患者对特定治疗方案的反应，有助于医生选择最合适的治疗方法。

6. AI在药物匹配中的应用

一家总部位于英国的人工智能公司Exscientia正在测试一种新的患者-药物匹配技术，该技术考虑个体差异并配对与他们所需的精确药物。人工智能可以通过预测潜在药物在体内的行为方式，来选择具有潜力的药物，并且同时排除那些可能失败的化合物，从而使药物发现和测试更快，更便宜。

AI与医疗的可持续发展

通过利用开源工具和库、云计算平台等，医疗机构可以解决与成本、实施和数据注释相关的障碍，从而释放人工智能在临床医学中的全部潜力。控制成本同时最大限度地发挥人工智能在医学中的优势，需要结合各种战略方法：

1. 识别并优先考虑人工智能在医学中的应用，这些应用可能在患者治疗效果和成本节约方面带来显著好处。目标领域，如医学成像解释和疾病诊断和治疗计划的预测分析，可以产生可观的投资回报；

2. 与医疗机构、人工智能开发人员、研究人员和监管机构合作，共享资源、专业知识和最佳实践；

3. 投资强大的数据管理基础设施和互操作性标准，来有效地收集、存储和集成来自不同来源的医疗保健数据；

4. 实施持续评估和改进人工智能系统的机制，以确保其有效性，安全性和成本效益；

5. 设计可在不同医疗环境和患者人群中扩展和重现的人工智能解决方案；

6. 随时了解监管要求；

7. 投资招聘和培训具有人工智能、数据科学和计算生物学专业知识的医疗保健专业人员，以在临床实践中有效利用人工智能技术。

随着癌症和其他疾病的流行，有限的医疗保健预算面临着持续压力，平等获得最新科学进步及其负担能力已成为一项挑战。这意味着该技术的设计应该以发展的眼光进行设计，同时要能够适应不断变化的医疗环境。这将需要各机构持续的财政投资，使医疗保健更具可持续性。

AI的关键挑战和前景

1. 数据质量

挑战：高质量的数据对于训练准确可靠的AI模型至关重要。噪声或人为数据可能导致有偏见或不准确的预测。

前景：重点应放在严格的数据管理和质量控制上。标准化数据收集流程并确保数据完整性的举措可以提高用于训练AI模型的数据集的整体质量。

2. 普适性

挑战：训练数据缺乏代表性可能会导致AI模型对不同人群或现实世界环境的泛化能力较差。

前景：在不同的数据集上进行训练或增强数据等策略可以帮助提高泛化能力。通过合作努力汇集不同来源和区域的数据，可能有助于建立更可靠和更广泛适用的模型。

3. 偏差

挑战：人工智能模型可能会根据患者的特征表现出偏差，这可能会导致不同人口统计群体之间的表现差异。

前景：对不同且特征明确的患者人群进行严格的验证研究是必要的。持续开发遵守评估和减轻人工智能模型偏见的标准化指南至关重要。报告潜在偏见对于建立对AI应用程序的信任至关重要。

4. 基础数据的质量

挑战：依赖于分子生物标志物的AI模型的预测能力受到所选生物标志物的质量和可靠性的限制。

前景：持续的研究和验证研究对于建立和完善分子生物标志物的预测能力是必要的。研究人员、临床医生和数据科学家之间的合作可以促进识别强大的生物标志物，并提高人工智能模型开发中使用的基础事实的整体质量。

AI的创新研究方向

1. 深度学习（DL）和药物发现

探索DL技术在药物发现中的应用，如深度神经网络和生成对抗网络。研究工作可以集中在虚拟筛选，从头分子设计和预测药物-靶标相互作用，以加速新型治疗化合物的鉴定和优化。

2. Multi-Omics数据集成

研究整合多组学数据的方法，包括基因组学，转录组学，蛋白质组学，代谢组学和微生物组学，以全面了解疾病机制和药物反应。开发人工智能驱动的方法来分析和解释复杂的生物数据集，识别生物标志物，并根据个体分子特征制定个性化的治疗策略。

3. AI临床试验优化

开发AI驱动的算法，用于优化临床试验设计、患者招募和终点选择。探索利用真实世界证据、电子健康记录、可穿戴传感器和移动的健康技术的方法，以简化临床试验操作，提高患者参与度，并提高数据质量和法规遵从性。

4. 实时监控和预测分析

开发人工智能驱动的系统，用于医疗保健提供环境中的实时监控，预测分析和预警系统。研究工作可以集中在开发用于预测患者恶化、不良事件和再入院的算法，从而实现主动干预和个性化护理。

5. 自然语言处理（NLP）在医疗保健中的应用

推进自然语言处理（NLP）技术在医疗保健中的应用，从非结构化临床笔记、医学文献和患者生成的内容中提取见解。开发用于临床决策支持、自动化编码和文档以及人口健康管理的NLP模型，改善医疗保健环境中的信息检索和知识发现。

6. 联合学习和隐私保护AI

研究联合学习和隐私保护AI技术，用于跨医疗机构的协作模型训练和知识共享，同时保护患者隐私和数据安全。开发安全和可扩展的框架，用于聚合分散的数据源，训练强大的模型，并确保多机构研究合作的合规性。

7. 互操作性和语义集成

解决医疗数据系统中的互操作性挑战和语义集成障碍，以实现来自不同来源的结构化和非结构化数据的无缝交换和集成。开发基于标准的数据表示、元数据管理和本体映射方法，以促进异构医疗数据集之间的数据互操作性、语义丰富和知识发现。

8. 道德、法律的和监管框架

制定道德、法律的和监管框架，以便在药物开发、临床试验和医疗服务中负责任和透明地使用人工智能。解决算法偏见、数据隐私、知情同意、责任和问责问题，以确保患者在AI医疗系统中的安全、公平和可信度。

责任编辑：肿瘤资讯-ginger
排版编辑：肿瘤资讯-ginger